[发明专利]一种锂硫电池及其制备方法

权利要求书

1.一种锂硫电池，其特征在于，包括如下结构：

在固体电解质两侧分别固定设置一层纳米管，在其中一侧纳米管中均匀嵌入单质硫，在另一侧纳米管中均匀嵌入单质锂，两层纳米管外侧分别与一个集流体固定相连；

所述固体电解质为锂硫基陶瓷固体电解质，所述固体电解质中含有氧化锆；

所述固体电解质采用以下方法制备得到：

(1)将硫化锂结晶、五硫化二磷、单质硫和单质硅在氩气气氛内以Li₂S：P₂S₅：S：Si＝23:10:12:5的质量比进行称量；称量后以370rpm的旋转速度进行20小时机械研磨，得到粉末状的硫化物玻璃；

(2)将步骤(1)所得硫化物玻璃粉碎得到粒径3μm～10μm的无机固体电解质粉末；

(3)将上述得到的无机固体电解质粉末，占无机固体电解质粉末总质量56％的氧化钇和氧化锆混合物，其中氧化钇与氧化锆的摩尔比为1:49，放入无水乙醇中，固液总体积比为15:85，然后进行球磨，以250rpm的速率进行30分钟研磨，研磨后所得浆料倒入模具中，烘干到可以冲压成型，进行冲压成型，然后再烘干；

将烘干后所得含有氧化钇和氧化锆的无机固体电解质片置于模具中，放入烧结炉中，在烧结气氛为真空或惰性气氛，升温到1200～1600℃，保温90分钟，冷却至室温取出，即得锂硫基陶瓷固体电解质；

所述纳米管层为纳米管阵列。

2.根据权利要求1所述的一种锂硫电池，其特征在于，所述纳米管为二氧化钛纳米管或碳纳米管。

3.根据权利要求1所述的一种锂硫电池，其特征在于，所述单质硫为纳米级单质硫。

4.根据权利要求1所述的一种锂硫电池，其特征在于，所述单质锂为钝化单质锂。

5.根据权利要求1所述的一种锂硫电池，其特征在于，所述集流体为外侧涂有石墨烯的合金、外侧涂有石墨烯的金属单质或三维连通石墨烯网络结构集流体。

6.如权利要求1-5任一所述的一种锂硫电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)固体电解质的制备；

(2)纳米管的制备；

(3)嵌入单质硫及嵌入单质锂；

(4)集流体的制备。

7.根据权利要求6所述的一种锂硫电池的制备方法，其特征在于，采用粘接或生长的方式在固体电解质两侧制备纳米管。

8.根据权利要求7所述的一种锂硫电池的制备方法，其特征在于，所述粘接为将已经嵌入单质硫的纳米管喷涂或粘接在固体电解质一侧表面，将已经嵌入单质锂的纳米管喷涂或粘接在固体电解质另一侧表面；所述生长为以固体电解质为基底，在固体电解质两侧分别生长纳米管。